架空输电线路的电晕及其对环境的影响

摘 要：本文介绍了交流架空输电线路电晕放电现象及影响电晕放电水平的主要因素。阐述电晕放电导致可听噪声及无线电干扰的原理，并介绍降低可听噪声及无线电干扰的方法。

关键词：交流架空输电线路；电晕现象；可听噪声；无线电干扰

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.190

1 电晕现象

电晕现象是带电导体周围空间出现强电场并使空气发生游离的结果，是一种特殊的气体放电形式。在大气中存在数量巨大的自由电子，这些电子在输电线路电场的作用下加速，并不停地撞击气体原子。当电场强度增加，气体中自由电子的运动速度亦随着不断增大，其撞击气体原子的时所携带的能量也越大。当电场强度到达某一数值时，气体自由电子具备的撞击能量正好可以使得气体原子中的电子摆脱原子核束缚，产生一个新的离子，即导线周边空气开始产生电离现象。大气中的氮、氧等气体原子由于自由电子的撞击而受到激发，跃迁到较高的能级。随后，受激发的原子力图回到基态上去，与此同时放出激发时所吸收的能量。正离子也有机会和自由电子产生碰撞，使得正离子与自由电子复合，转变为中性原子，这个过程会释放出多余的能量。在不断的电离、复合过程中，会辐射出大量光子，在夜晚我们可以观察到导线周围会产生蓝色的晕光，并同时伴随有“咝咝”声响，这就是电晕现象。

影响交流架空线路电晕放电水平的主要因素：

（1）架空导线表面情况。影响导线表面状况的主要有两个方面。一是大气中飘落到导线上的异物，如粉尘、鸟粪、铁丝、树枝、风筝等。当异物附着在架空导线表面时，会使得导线表面场强发生畸变，在畸变场强的峰值位置，容易成为起晕部位。二是由于制造工艺或架设过程中引起架空导线表面出现毛刺、凸起等现象，投入运行后在这些部位的局部场强将会增强，有可能成为线路的起晕部位。

（2）临近架空导线的小质点。当导线处于雨、雪及起雾天气或粉尘环境中，空气中的小质点靠近带电导线时，由于导线周围电场的影响，使得小质点出现极化，面向导线和背向导线侧分别感应出不同极性的电荷。小质点面向带电导线侧感应的电荷极性与导线上的相反，对导线与小质点之间的场强有助增作用。当场强到达一定数值，导线与小质点之间击穿空气间隙放电，使得小质点带上与导线同样极性的电荷而相互排斥，小质点又迅速离开带电导线。如此反复，可形成连续的电晕放电现象。

（3）空气密度和大气条件。相对空气密度和气象状况直接影响导线表面起晕临界场强。相对空气密度增加，提高了电晕起始电场强度。在高海拔地区，由于相对空气密度较小，因此在相同的导线结构和电压下，其电晕放电较低海拔地区要严重得多。

2 可听噪声

架空导线的表面场强达到某一临界限值时，该导线表面将出现电晕现象。随机的高能放电使导线附近空气压缩或稀薄以声的形式传播，产生了可听噪声。架空线路的可听噪声主要有两个频率分量：一是宽频带噪声（破裂声、吱吱声），二是频率为50Hz及其整数倍的纯声（哼声和嗡嗡声）。导线电晕引起的随机且无规律放电脉冲是宽频带噪声的源头，其与环境背景噪声有着明显的差异。引起人们厌烦的主要是由于离子往返运动挤压空气引起的50Hz及其整数倍的纯声。交流输电系统电压是随着时间在正负半波之间交变，由于电晕产生的正、负离子在带电导线附近以两倍工频往返运动，因此电晕放电发出的可听噪声频率主要为100Hz。

当可听噪声频率超过1000Hz时，随距离的衰减幅度将非常明显。因此，在离开交流输电线路一定距离后，可听噪声中的高频分量会很快衰减，噪声的主要成分将是100Hz的纯声。

改善输電线路可听噪声最有效的方法是增加分裂导线的数目与直径，国外特高压试验基地中曾测量过不同分裂导线在几个电压等级下的噪声，如表1所示，可见导线选择合理的分裂根数与半径可有效降低可听噪声。

架空线路的雨天可听噪声比晴天可听噪声大15～20dB，如果我们能将雨天时，架空输电线路的可听噪声大小限制在55dB以下，那么意味着晴天时，架空线路的可听噪声只有35～40dB。由于大雨天时环境的背景噪音较大，人们对架空导线电晕可听噪声的感知能力将进一步减弱。浓雾或阴雨天气时，电晕可听噪声与背景噪声相比较为明显，针对这种天气情况，架空线路走廊在经过居民区附近的，应严格遵守设计规范的要求，以电晕噪声传至房间内不影响人们休息为准则。

3 无线电干扰

输电线路电晕放电是产生无线电干扰的根源，无线电干扰指在无线电频段可能对有用信号造成损害的电磁干扰，使得无线电接收设备达不到正常工作所需的信噪比，根据大量的测量结果统计出的输电线路电晕放电的频谱特性在0.15～4MHz频率范围，国际无线电干扰委员会（CISPR）推荐的测量频率是0.5MHz。

对于一般情况下的输电线路，国际无线电干扰特别委员会C分会推荐的是80%//80%规则，它的含义是：在80%以上时间内，架空输电线路的无线电干扰不超过允许值的最低置信度为80%。

加拿大国家标准规定的无线电干扰限值是以0.5MHz为参考频率，

距边相导线对地投影外15m为参考距离，不同电压等级线路的最大无线电干扰限值列于表3，由于城市的电台信号会增强，对于进入城区的输电线路，无线电干扰限值允许放宽。将表3中600kV以上电压等级输电线路的无线电干扰限值折算到边导线对地投影外20m处，50%值为55dB（μV/m），80%//80%值为63dB（μV/m）。

表4给出了我国国家标准GB15707-1995《高压交流架空送电线无线电干扰限值》规定的限值（0.5MHz），限值的参考距离是边相导线投影外20m处。在我国的标准中，无线电干扰限值也随电压升高而增大。我国1000kV级交流特高压输电线路晴天无线电干扰的限值目前暂取55dB，参考频率0.5MHz，参考点为边相导线投影外20m处。

作者简介：郑剑武（1987-），男，福建莆田人，硕士研究生，技术员，从事高压线路带电检修研究工作。